Nem o sistema de classificação, nem as matrizes de fatores estabelecidas estão fechados a qualquer contribuição. Ambos foram pensados, discutidos e concretizados visando minas de minério de ferro do Quadrilátero Ferrífero. Se a região de aplicação for outra, ou se a mina em questão não for de minério de ferro, pode ser que tais ferramentas não sejam aplicáveis no seu todo. Logo, iniciativas no sentido de melhorar a aplicabilidade de ambos, bem como a adaptação a outras realidades poderão ser necessárias.
No âmbito das matrizes dos projetos geométrico e de drenagem, não se vê a necessidade de maiores aprofundamentos futuros. As questões relacionadas a ambos estão muito presentes no cotidiano de empreendimentos minerários, logo as matrizes de fatores estabelecidas são consideradas satisfatórias.
Com relação ao pavimento de estradas de mina, além da popularização do uso de uma abordagem mais técnica para sua definição, enfatiza-se que um dos principais problemas é a pesquisa de novos materiais de construção, bem como o conhecimento de suas propriedades. Por vezes um material que se conhece, ainda que de forma empírica, não está disponível no momento de construção de estradas e aqueles que estão disponíveis, não têm suas propriedades geotécnicas conhecidas. Esta situação deve ser reparada com a criação de um banco de dados, específico por mina, acerca dos materiais disponíveis para a construção de estradas e suas propriedades geotécnicas, uma vez que seria de grande valia tanto para o projeto de pavimento, quanto para as fases de construção e manutenção.
Ao se considerar a construção, entende-se que uma grande contribuição seriam os esforços para conscientização da necessidade da operação de compactação. Assim, recomenda-se a realização de estudos no sentido de justificar esta necessidade, utilizando, por exemplo, a análise do desempenho de seções teste de pavimentos dimensionados e compactados comparando-os a pavimentos normalmente construídos. Já se pode afirmar que a quantidade de material gasto será bem menor e espera-se que o desempenho do primeiro pavimento proposto seja muito superior ao do segundo.
128
Outro ponto que se pode avaliar, ainda no tocante à operação de compactação, é a relação custo-benefício da utilização de caminhões fora-de-estrada carregados e de tratores de esteira para a compactação de camadas do pavimento. Os técnicos que participaram do nivelamento/workshop acreditam que tais soluções não sejam economicamente justificáveis, no entanto, faz-se necessário um estudo de viabilidade econômica a respeito desse assunto.
Por fim, recomenda-se uma análise econômica global para se comprovar a eventual redução de custos relacionados a estradas obtidas e gerenciadas de acordo com a proposta desse trabalho. Vislumbram-se ganhos em termos de menores espessuras do pavimento e principalmente pela redução da necessidade de operações de manutenção. Esta análise econômica ratificaria tudo o que foi exposto neste documento, e sinalizaria, aos mineradores, o caminho correto a se seguir na busca de uma operação de transporte (de minério ou estéril) mais eficiente.
129
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ANEXO I
Estrutura curricular do Curso de Nivelamento de Conhecimentos em Estradas de Mina
1. Apresentação do Curso
1.1 Conceituação de estradas e tipos 1.2 Motivação
1.3 Requisitos gerais de projeto, construção e manutenção 1.4 Sistemas de classificação de estradas e seus critérios
2. Projeto Geométrico 2.1 Conceituação e introdução 2.2 Premissas 2.2.1 Velocidade Diretriz 2.2.2 Tipo de veículo 2.2.3 Classe de estrada 2.2.4 Rampa admissível 2.2.5 Localização
2.3 Elementos geométricos de estradas de mina 2.3.1 Greide
2.3.2 Curvas e raios de curvatura 2.3.2.1 Curvas horizontais
2.3.2.2 Curvas verticais
2.3.3 Distância de visibilidade 2.3.4 Distância de Frenagem
2.3.5 Distância de visibilidade de tomada de decisão 2.3.6 Largura
2.3.7 Superlargura em curvas horizontais
2.3.8 Inclinação transversal para direcionamento de drenagem 2.3.9 Superelevação em curvas horizontais
2.3.10 Transição para superelevação
2.3.11 Interseções entre elementos geométricos 2.3.12 Leiras de segurança
2.4 Fluxograma geral
3. Projeto de Pavimento
3.1 Conceituação, introdução e motivação 3.2 Esforços atuantes no pavimento 3.3 Projeto Estrutural
3.3.1 Estudo de tensões verticais atuantes no pavimento 3.3.2 Conceituação
3.3.3 Definições iniciais 3.3.3.1 Materiais
3.3.3.1.1 Camadas do pavimento e suas funções
3.3.3.1.2 Classificação dos materiais e suas propriedades 3.3.3.2 Possíveis arranjos dos materiais no pavimento 3.3.3.3 Informações gerais de projeto
3.3.3.4 Métodos de dimensionamento 3.3.3.4.1 Conceituação
3.3.3.4.2.1 Método do Índice de Grupo (IG)
3.3.3.4.2.2 Método do California Bearing Ratio (CBR)
3.3.3.4.3 Método do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER) 3.3.3.4.4 Métodos mecanístico-empíricos de dimensionamento
3.3.3.4.4.1 Programa ELSYM5 3.3.3.4.4.2 Programa EVERSTRESS 3.3.3.4.4.3 Programa SisPav 3.3.4 Estudo de alternativas 3.3.5 Otimização 3.3.6 Fluxograma geral 3.4 Projeto Funcional 3.4.1 Conceituação
3.4.2 Análise de tensões atuantes no pavimento mediante uma solicitação dinâmica 3.4.3 Fadiga do revestimento
3.4.4 Propriedades que definem a utilização de um material como revestimento 3.4.4.1 Aderência
3.4.4.1.1 Definição
3.4.4.1.2 Textura da superfície de rolamento 3.4.4.1.3 Valores típicos
3.4.4.2 Resistência ao rolamento 3.4.4.2.1 Definição
3.4.4.2.2 Fatores influenciadores
3.4.4.2.3 Estimativas da resistência ao rolamento 3.4.4.2.4 Greide efetivo
3.4.4.3 Aderência X Resistência ao Rolamento 3.4.5 Requisitos de revestimento
3.4.6 Materiais utilizados na camada de revestimento
3.4.6.1 Metodologia para a escolha de materiais para revestimentos de acessos de mina 3.4.6.2 Tratamento superficial em estradas de mina
3.4.6.3 Substâncias anti-pó 3.4.7 Fluxograma geral
4. Projeto de Drenagem
4.1 Conceituação, introdução e motivação 4.2 Prática atual: elementos de drenagem 4.3 Projeto do drenagem de estradas de mina 4.3.1 Estudo hidrológico
4.3.1.1 Conceitos em hidrologia 4.3.1.2 Estudo do clima
4.3.1.3 Dimensionamento hidráulico 4.3.1.3.1 Conceitos em hidráulica
4.3.1.3.2 Particularidades no dimensionamento de quaisquer dispositivos 4.3.2 Seleção de dispositivos de drenagem
4.3.2.1 Drenagem superficial
4.3.2.1.1 Inclinação transversal para drenagem 4.3.2.1.2 Sarjetas
4.3.2.1.3 Drenagem dos bancos (valetas) 4.3.2.1.4 Bigodes (saídas d’água) 4.3.2.1.5 Descidas d’água 4.3.2.1.6 Dissipadores de energia
4.3.2.1.7 Bueiros de greide e caixas coletoras 4.3.2.1.8 Bacias de detenção (Sumps)
4.3.2.2 Drenagem do pavimento 4.3.2.2.1 Camadas drenantes 4.3.2.2.2 Drenos subsuperficiais 4.3.2.3 Drenagem profunda
4.3.2.3.1 Drenos longitudinais profundos 4.3.2.3.2 Valetões laterais
4.4 Fluxograma geral
5. Construção
5.1 Conceituação e introdução
5.2 Estabelecimento de características geométricas 5.3 Terraplenagem
5.3.1 Conceituação 5.3.2 Operações básicas 5.3.3 Equipamentos
5.3.4 Requisitos de materiais 5.3.5 Seções transversais resultantes
5.4 Preparação do terreno de fundação (subleito)
5.5 Construção das camadas compostas por materiais granulares 5.5.1 Procedimento 5.5.2 Materiais de construção 5.6 Construção do revestimento 5.6.1 Procedimento 5.6.2 Materiais de construção 5.7 Estabilização granulométrica 5.8 Compactação 5.8.1 Conceituação 5.8.2 Curva de compactação 5.8.3 Energia de compactação
5.8.4 Propriedades de um solo compactado 5.8.5 Ensaio de laboratório
5.8.6 Compactação no campo 5.8.7 Equipamentos compactadores 5.8.8 Controle de compactação 5.8.9 Métodos construtivos 5.9 Aplicação de substâncias anti-pó 5.9.1 Após a construção das estradas 5.9.2 Durante a construção das estradas 5.10 Aplicação de tratamento superficial 5.11 Fluxograma geral
6. Manutenção e Readequação
6.1 Manutenção
6.1.1 Conceituação e introdução
6.1.2 Prática atual: operações de manutenção rotineiras 6.1.2.1 Aspersão de água
6.1.2.2 Raspagem de material solto (patrolagem) 6.1.2.3 Reposição de material
6.1.3 Defeitos em estradas de mina: origens, interferências e reparo 6.1.3.1 Deterioração da superfície
6.1.3.1.1 Seção transversal indequada 6.1.3.1.2 Poeira
6.1.3.1.4 Perda de agregados grossos 6.1.3.1.5 Estrada escorregadia 6.1.3.2 Deformação da superfície
6.1.3.2.1 Afundamento por trilha de roda 6.1.3.2.2 Corrugações
6.1.3.2.3 Depressões 6.1.3.2.4 Buracos
6.1.3.2.5 Pontos fracos (drenagem ineficiente)
6.1.4 Manutenção de pontos especiais: saídas de emergência 6.1.5 Sistema de gerenciamento da manutenção
6.1.5.1 Avaliação do desempenho funcional 6.1.5.2 Modelos de custo operacional 6.1.5.3 Frequência ideal de manutenção 6.1.6 Manutenção do sistema de drenagem 6.1.6.1 Sarjetas e valas
6.1.6.2 Bueiros
6.1.6.3 Bacias de detenção e caixas de drenagem 6.1.7 Fluxograma geral 6.2 Readequação 6.2.1 Conceituação e introdução 6.2.2 Mudança de classe 6.2.3 Atividades de readequação 6.2.3.1 Reforço estrutural 6.2.3.2 Melhoramentos 6.2.3.3 Reconstrução 6.2.3.4 Fluxograma geral
ANEXO II
Mapeamento de velocidades
Na Figura apresenta-se um exemplo de mapa de velocidades de operação gerado pelo sistema de monitoramento da empresa Vale.
O mapa de velocidades apresentado na Figura apresenta uma área de descarregamento na pilha de estéril, com velocidades bastante baixas, chegando a ser menores que 5 km/h e um trecho de uma estrada principal, onde se observam velocidades consideravelmente mais altas, atingindo cerca de 40 km/h, como se verifica através da legenda apresentada. Chama-se a atenção para os dois pontos circulados no mapa, nos quais são desenvolvidas velocidades baixas, em função de raios de curva muito pequenos (inadequados).
ANEXO III
Exercício: Dimensionamento de pavimentos –Variação da espessura total do pavimento necessário para a adequada transmissão de esforços a um subleito
conhecido, em função da classe de estrada e sua permanência
Primeiro passo: Capacidade de suporte do subleito
Considerou-se, subleito para o pavimento em questão, o material testado durante as atividades práticas relacionadas a esta pesquisa, cujo ábaco de resistência DCP é mostrado na Figura 5.7. Como já definido, o DCP deste material é de 6,87 mm/golpe, que leva a um CBR, através da Equação 5.4, de 36,3%.
Como a intenção deste exercício é apenas mostrar o ganho na espessura total do pavimento, ao se realizar o dimensionamento do mesmo, não foi necessária a definição da resistência dos possíveis materiais de construção.
Segundo passo: Determinação dos dados de entrada
Método de dimensionamento empregado: DNIT (antigo DNER) Permanência dos acessos
Na Tabela tem-se a permanência dos diferentes acessos considerados neste exercício. Tabela 1: Vida útil de projeto dos acessos considerados no exercício
Classe de estrada Vida útil
Acesso à praça
2 semanas 1 mês 2 meses
Acesso secundário 6 meses 1 ano
Acesso principal 2 anos 5 anos
Tabela 1: Vida útil de projeto dos acessos considerados no exercício... Continuação Classe de estrada Vida útil
Acesso principal
10 anos 15 anos 20 anos
Volume médio diário de tráfego
Na Tabela 2 são apresentados os volumes médios diários de tráfego estimados em função da produção, para cada classe de acesso definida.
Tabela 2: Volume médio diário de tráfego para cada classe de acesso Classe de estrada Volume médio diário
Acesso à praça 280 Acesso secundário 560 Acesso principal 1400
Taxa anual de crescimento de tráfego: 0 (o aumento da produção implica na abertura de novos acessos e não no aumento do tráfego naqueles já existentes) Veículo de projeto: caminhão CAT 793D
Carga por eixo traseiro: 257 tf Precipitação média anual: 1400 mm
Terceiro passo: Cálculo dos diversos fatores fixos
Fator de eixo (FE)
.) / 1000 1 2 /2 100 0 1 3 3 /4 100 0 1 Em que:
p2 é a porcentagem de veículos de 2 eixos; p3 é a porcentagem de veículos de 3 eixos;
pn é a porcentagem de veículos de n eixos.
Se para os acessos considerados tem-se tráfego exclusivo do CAT 793 → 2 eixos
56 78
9::
0 1 8 9:: 9::0 1 8 8
Fator de Equivalência de Carga (FEC)
.) );<(0100 Em que:
EQOP é a equivalência de operações, dada por );<( = .)<> 1 /> Em que:
pi é a porcentagem de veículos do tipo considerado
FEOi é o fator de equivalência de operações para determinado veículo, dado por .)< 0,0001 1 ?,@A@B
Em que:
C é a carga máxima por eixo, em tf Diante do exposto:
.)< 0,0001 1 257?,@A@B 1,18 C 10-
);<( = .)<>1 /> 1,18 C 10-1 100 1,18 C 10A 56D 6EFG 9::0 9, 9H I 9:J09:: 9, 9H I 9:K
Fator de Veículo (FV)
5L 56 1 56D 8 1 9, 9H I 9:K 8, MK I 9:K Fator Climático Regional (FR)
O fator climático regional, como estabelecido por Brasil (2006), é apresentado na Tabela 3 em função da precipitação anual média.
Tabela 3: Fator climático regional, conforme Brasil (2006) Precipitação Anual Média (mm) Fator Climático Regional < 800 0,7 De 800 a 1500 1,4 > 1500 1,8 1400 mm/ano → FR = 1,4
Quarto passo: Cálculo do volume total de veículos (Vt) e do número N
Volume total de veículos (Vt)
N 365 1 (( 1 O
Em que:
PP é o período de projeto
VM é o volume médio diário de tráfego, dado por
O BP2 (( 1 1 Q 1002 0 R Em que:
V1 é o volume médio diário de tráfego no ano de abertura t é a taxa de crescimento anual.
Neste caso, a taxa de crescimento anual é nula, de forma que o volume médio diário de tráfego se iguala ao volume médio diário de tráfego no ano de abertura.
Número N
+ N1 .) 1 .) 1 .
Sendo assim, os volumes totais de veículos e os números N, em função das classes de estradas e de suas permanências, são apresentados na Tabela 4.
Tabela 4: Números N para cada um dos acessos analisados Classe de estrada PP VM Vt N Acesso à praça 2 semanas 280 3920,00 1,31 x 1011 1 mês 8400,00 2,80 x 1011 2 meses 16800,00 5,60 x 1011 Acesso secundário 6 meses 560 100800,00 3,36 x 10 12 1 ano 204400,00 6,81 x 1012 Acesso principal 2 anos 1400 1022000,00 3,41 x 1013 5 anos 2555000,00 8,51 x 1013 10 anos 5110000,00 1,70 x 1014 15 anos 7665000,00 2,55 x 1014 20 anos 10220000,00 3,41 x 1014
Quinto passo: Cálculo da espessura total do pavimento (Ht)
SN 77,67. +,,,?T . U,,@AT
Considerando a equação anterior, chega-se às espessuras totais de pavimento para cada caso, como apresentado na Tabela.
Tabela 5: Espessura total de pavimento calculado pelo método do DNIT para cada acesso considerado Classe de estrada PP Ht (cm) Acesso à praça 2 semanas 31,13 1 mês 32,30 2 meses 33,40 Acesso secundário 6 meses 36,41 1 ano 37,67 Acesso principal 2 anos 40,71 5 anos 42,55 10 anos 43,99 15 anos 44,86 20 anos 45,49
ANEXO IV
Exercício: Otimização do dimensionamento da estrutura de um pavimento A obtenção de uma estrutura de pavimento otimizada através de um método mecanístico-empírico de dimensionamento, deve passar pelas seguintes etapas:
1ª: Dimensionamento de um pavimento segundo um método empírico; 2ª: Definição de um critério para o dimensionamento;
3ª: Verificação da estrutura obtida a partir da primeira etapa seguida de sua otimização.
A seguir, cada uma das etapas mencionadas será descrita:
Primeira etapa: Dimensionamento de um pavimento segundo um método empírico
Como método empírico de dimensionamento optou-se por utilizar o método do DNIT (antigo DNER). Tal método já foi abordado no subitem 5.4.3.1 e no ANEXO III, onde há inclusive um exemplo de sua aplicação. Sendo assim, partiu-se de um dimensionamento realizado ainda neste anexo.
Dentre os pavimentos dimensionados escolheu-se aquele destinado a uma estrada principal, com permanência de 15 anos, para o qual obteve-se um número N equivalente a 2,55 x 1014 e uma espessura total de pavimento de 45 cm (44,86 cm).
Ressalta-se que esta espessura total de pavimento foi definida para o subleito ensaiado durante os trabalhos de campo relacionados a esta pesquisa (subitem 5.4.2.1) que apresenta um CBR de 36,3%.
Para definição dos materiais a se utilizar na estrutura do pavimento, analisou-se aqueles apresentados na Tabela 5.11, donde optou-se, para utilização como material de base, pelo “itabirito compacto”, que de acordo com Sousa (2011) tem um CBR de projeto de
80% e, para utilização como material de revestimento, preferiu-se utilizar uma suposta blendagem, com um CBR de 100%.
Pelo método do DNIT, a espessura de cada camada é obtida através da solução das inequações apresentadas na Figura 2 (BRASIL, 2006).
Figura 2: Método para obtenção da espessura de cada uma das camadas do pavimento. Fonte: Brasil (2006).
As variáveis k’s apresentadas na Figura 2 são coeficientes estruturais, que relacionam a resistência dos materiais utilizados na construção de cada camada à resistência de uma base granular padrão.
Para o pavimento analisado, sua espessura total é equivalente a espessura do revestimento e da base somados (H20 = Hm = 45 cm) e o sistema de inequações apresentado se resume apenas à primeira.
Se o material usado na base possui resistência equivalente à base granular padrão do DNIT, seu coeficiente estrutural (KB) é igual a 1. Admite-se o mesmo para o revestimento.
1C 1C V 45
Duas são as incógnitas: R e B. Entretanto, Brasil (2006) ainda define a espessura de revestimento betuminoso (KR = 2) em função do número N. Pelo fato de o revestimento betuminoso possuir um coeficiente estrutural equivalente a 2 e os materiais disponíveis na mineração, para utilização em revestimento, apresentarem coeficientes estruturais aquém deste valor, geralmente igual ao da base granular (KB = 1), corrigiu-se a espessura necessária de revestimento, como mostrado na Tabela 6.
Tabela 6: Espessura de revestimento necessária corrigida em função dos coeficientes estruturais dos materiais disponíveis em mineração Número N Espessura de revestimento
betuminoso (cm)* Espessura de revestimento não betuminoso (cm) N ≤ 106 1,5 a 3 1,8 a 3,6 106 < N ≤ 5. 106 5 7 a 10 5. 106 < N ≤ 107 7,5 15 107 < N ≤ 5. 107 10 20 N ≥ 5. 107 12,5 25 *Brasil (2006)
Da Tabela 6 retira-se R = 25 cm, que aplicado na inequação já apresentada, fornece B ≥ 20 cm. Diante disso, o pavimento dimensionado pelo método do DNIT fica como apresentado na Tabela 7.
Tabela 7: Pavimento dimensionado pelo método do DNIT Camada Material CBR (%) Espessura (cm)
Revestimento Blendagem 100 25
Base Itabirito compacto 80 20
Subleito Material in situ
Segunda etapa: Definição de um critério para o dimensionamento
Como critério para o dimensionamento e otimização da estrutura do pavimento aqui avaliado, adotou-se o critério sugerido por Thompson e Visser (1996), que definem como limite de deformação aceitável, para qualquer camada do pavimento, o valor de 2000 µε.
Terceira etapa: Verificação da estrutura obtida a partir da primeira etapa seguida de sua otimização
Verificação da estrutura dimensionada através do método do DNIT
Ao submeter a estrutura dimensionada pelo método do DNIT a uma análise de deformações através da utilização do software ELSYM5, obteve-se o diagrama de